高压限流熔断器风力发电组合式变压器用高压限流熔断器爆熔故障的原因

抽象的

明珠电气股份有限公司研究人员袁一川和张晓风在2018年第8期《电气技术》上撰文指出，高压限流熔断器击穿是影响组合变压器安全运行的主要威胁之一。针对风电组合变压器用高压限流熔断器的爆炸熔化问题，分析了其失效的主要原因:设计选型未能满足熔断器容量降低的要求，铅铜片漏油，长期积热导致绝缘老化加速。

额定电流为31.5A的熔断器温升试验表明，高压限流熔断器内部温度有可能比外部油温高25K，即当外部油温达到75℃或以上时，缸内温度将达到100℃。本文提出在设计中应根据熔断器的实际安装位置合理降低容量，并以1600kVA组合变压器为例，给出了设计选型的改进实例。本文的研究对高压限流熔断器的应用具有重要的参考意义。

35kV高压限流熔断器作为风电组合变压器的主要保护元件，广泛应用于组合变压器中。运行情况表明，风电组合变压器运行初期，高压限流熔断器频繁失灵，是影响组合变压器安全运行的主要威胁之一。

高压限流熔断器的一般故障是熔断元件表面发黄，严重时熔断元件会烧毁，甚至熔断元件会从熔断器筒中喷出，导致爆炸和熔化。当发生爆炸和熔化故障时，保险丝会撞坏小房间的门，如果附近有运行维护人员在工作，仍然存在人身伤害的风险。在风力发电技术刚刚兴起的时候，配套的组合变压器高压侧采用了两套保护元件，一套是插入式熔断器，另一套是备用熔断器，对应的功能是过载保护和短路保护[1]。

随着风力发电技术的不断发展，熔断器行业引入了功能组合技术，使得高压限流熔断器具有切断过载电流和短路电流两种功能，这是随着我国风力发电的快速发展而出现的一种新的应用形式[2]。与其他熔断器一样，高压限流熔断器也包括一个核心部件——熔断器，围绕熔断器的相关机理也取得了一些研究成果。

文献[3]基于热电耦合数学模型理论，通过ANSYS建模对熔断器零件进行参数分析。短路和过载的分析结果与厂家数据接近，验证了仿真研究方法的可行性。文献[4]分析了高压限流熔断器的内部结构，采用有限元方法对其进行建模和求解，描述了熔断器熔断过程，预测了弧前时间，研究了过电压。文献[5]分析了熔断器的安秒特性曲线，研究了配电网支线熔断器的保护配置和整定方案。

文献[6]分析了PT熔断器故障电压和电流的关系，指出检测电压和电流的特征值对PT熔断器的故障诊断具有重要意义。上述研究揭示了熔断器零件或普通熔断器的关键技术特征，但对高压限流熔断器的具体研究还很缺乏，尤其是对其运行故障原因的分析需要进一步研究。

主要研究了设计选型、产品特殊结构和散热条件，分析了高压限流熔断器爆炸熔化失效的根本原因，从而指导后续产品的设计选型，对避免爆炸熔化失效、提高组合变压器运行可靠性具有重要意义。

1高压限流熔断器的特点和工作原理

组合式变压器中安装的35kV高压限流熔断器由一个由高压全量程保护限流熔断器、操作手柄和圆形干筒组成的插件结构组成(见图1和图2)。目前，这种熔断器具有分断故障电流范围宽的特点，最小分断电流是熔断器额定电流的两倍，最大分断电流可达31.5kA，广泛应用于风电组合变压器中。

表3保险丝电阻值

在1600kVA组合变压器中使用时，对应的额定电流为24.6A，两者的基本加热功率对比见表4。可以看出，额定电流63A的熔断器比额定电流40A的熔断器发热功率降低了31%，表现出容量降低的效果。